气体钻井中钻柱失效试验研究

为了研究气体钻井中钻柱在冲蚀和振动工况下的力学性能,通过使用新研制的能模拟气体钻井钻柱同时受到振动及冲蚀情况的试验装置,进行了不同钻具组合情况下钻柱力学性能试验和钻柱冲蚀试验。试验结果表明,气体钻井过程中,钻柱所受交变应力波在由底部钻柱向上传播时有一定的衰减,但衰减程度不大,所以下段钻柱的应力值对上段钻柱的受力有较大影响;钻柱绕井简反转将增大钻柱所受的交变应力,且转速越高交变应力变化越大,从而加深钻柱损伤程度;钻柱冲蚀量随着注气量的增大而增大,但其增大是非线性的。     

钻柱疲劳强度的实验研究

疲劳失效是钻柱的主要失效模式。疲劳失效是由交变应力所引起的。Ｓ－Ｎ曲线是评价钻柱疲劳损伤的基本依据之一。为此，对Ｓ－１３５、Ｇ－１０５两种钻杆材料进行了疲劳性能试验，并得出了该两种钻杆材料的Ｐ－Ｓ－Ｎ曲线，并转换为整体钻杆的Ｐ－Ｎ－Ｓ曲线。     

涡动条件下钻柱的屈曲分析

建立了涡动条件下钻柱屈曲的平衡方程。在弯曲挠度为小变形和钻柱中轴向力为0的条件下,采用理论方法分析了钻柱的弯曲挠度、屈曲应力随转盘转速变化的情况。当涡动速度增加导致钻柱的弯曲挠度增加和钻柱中存在轴向力时,钻柱的弯曲挠度以及交变应力的大小就需要通过非线性有限元来进行分析。使用非线性有限元方法求解了不同轴向拉力条件下钻柱的弯曲挠度、最大应力、最小应力和应力幅度。计算结果表明,不考虑轴向力时,理论分析结果与非线性有限元分析结果精度较高且具有一致性;当钻柱中轴向拉力大于200 kN时,由涡动引起的交变应力对钻柱的影响可以忽略;适当增大钻铤长度可以减轻钻柱的疲劳失效。     

陕北富县探区钻具失效原因分析及对策研究

统计分析表明，陕北富县探区频繁发生钻具失效的主要原因是钻具在井下承受的交变应力较大，从钻具优选、钻压和转速匹配、钻井液性能等方面优选了适合该地区安全钻进的钻具组合与工艺技术，从而减少了钻具失效事故的发生。以两口井为例，介绍了钻具失效事故的处理与预防，对今后钻井施工有一定的借鉴作用。     

气体钻井钻柱动态应力特征

气体钻井的循环介质为气体,黏滞效应远小于泥浆,因此气体钻井钻柱的失效情况比较严重。针对具有超细长比特征的全井钻柱,加入钻柱与井壁的碰撞模型,运用有限元节点迭代法,通过对碰撞冲击应力条件下气体钻井与泥浆钻井的动力学特性分析对比,探讨了气体钻井钻具的失效机理。分析表明,气体钻井的涡动频率和涡动速度明显高于泥浆钻井,气体钻井时钻柱与井壁的碰撞更为频繁且冲击应力比泥浆钻井更大,成为导致其钻柱失效的主要因素之一。     

塔河油田超深井库1井固井评析

钻柱工作条件恶劣，尤其在狗腿或弯曲井段时，较大交变弯曲应力常造成钻柱疲劳破坏，计算钻柱疲劳寿命可以为钻柱使用和管理提供依据。在定性分析钻柱失效机理的基础上，对钻柱进行了三轴应力分析，结果表明：①变应力是钻柱疲劳失效的根本原因，但振动和涡动也不可忽视。钻柱自身的剧烈振动，将引起钻柱上联接螺纹疲劳断裂。②钻柱在井眼中同时受拉、压、弯曲、扭转、冲击等多种载荷作用，且多数情况下都是交变的。③有初始裂纹的钻柱与无初始裂纹的钻柱，其疲劳破坏机理不同，     

钻柱瞬态动力学失效分析

目前钻柱瞬态动力学的研究大部分处于理论阶段,计算工作量大,而且针对钻柱的动态失效分析还比较少。为此,考虑钻柱轴向力的作用,在一定条件下发生屈曲,诱发横向振动,使钻柱的一些部位与井壁碰撞,建立钻柱的动力学模型;通过ANSYS软件,用Newmark方法,分析钻柱承受任意随时间变化的钻压的动力响应,提取钻柱上的危险点。实例计算和分析结果表明,钻柱的实际断点一般都接近危险点,且断点处交变应力的变化幅度比较大,从而为钻柱的失效和断裂提供了理论依据。     

钻柱疲劳寿命预测研究

疲劳破坏是钻柱失效的主要形式,进行钻柱疲劳寿命预测可以为钻柱的使用和管理提供依据。建立了钻柱力学模型,对钻柱的受力进行了分析,尤其分析了交变弯曲应力,并用Forman模型预测了钻柱的疲劳寿命,使计算结果更加准确。还应用形状改变能判据对构件屈服区进行了渐进分析,扩展了线弹性断裂力学的应用范围。理论计算结果和现场统计数据的一致性证明了此模型的实用性。     

整体加重钻杆接头断裂失效分析

采用磁粉无损检测、化学成分分析、力学性能测试、金相分析、显微形貌与能谱分析等方法,对某5-1/2 in整体加重钻杆内螺纹接头的失效原因进行分析.断口宏观形貌和低倍显微镜观察发现存在多个相互独立的裂纹扩展面,且具有疲劳裂纹扩展的贝纹圆弧扩展典型特征;磁粉检测发现多条扩展面的延伸裂纹,微观分析表明这些延伸裂纹与宏观断面一致...     

深井钻柱疲劳强度计算与分析

钻柱疲劳失效的机理分析表明,钻柱在振动和进动工况下,受到拉、压、弯、扭等组合交变应力作用,发生疲劳破坏是其失效的主要形式。通过钻柱受力分析,给出钻柱轴向应力、弯曲应力、扭转应力、径向和周向应力,以及附加剪应力的计算公式。根据疲劳强度理论,建立了钻柱在不对称循环应力状态下的疲劳强度条件。结合实际算例分析,找出钻柱危险点处疲劳安全系数随井深、转盘转速和钻压的变化规律,有助于钻井参数的调整。     

重型可控震源车架强度计算

常规可控震源由于振动强度相对较低,整体车架结构在超常规设计中表现出较高的强度,因此很少有人关心结构强度的计算。但是随着可控震源激发能级的发展和车重的限制,使得重型可控震源的车架强度计算显得十分重要。本文就此计算方法进行了讨论,以飨读者。     

短半径水平井钻柱强度和应力计算

短半径水平井中钻柱的受力和强度计算问题是一几何非线性和边界非线性相互耦合的双重非线性问题，推导了非线性梁单元的力与位移的关系，建立了空间梁单元切线刚度矩阵的精确表达式，给出了结合随动坐标系（Corotation)对短半径水平井钻柱的受力进行非线性有限元分析的步骤。实例计算分析了一口实钻短半径水平井，结果表明本文提出的方法是可行。     

容器壳体切向接管区应力数值计算和强度分析

针对某容器壳体上切向接管结构的应力计算和强度分析问题,应用有限元理论和方法,建立数值计算模型,采用ANSYS进行应力计算,得到了详尽的应力场。在应力分析的基础上,按照分析设计的思想对接管区应力进行分类和强度评定。应力计算结果显示,在接管区多个部位存在着较高的局部应力。强度评定结果表明,接管区的强度满足要求。     

振动采气管柱应力强度分析

为了给采气管柱疲劳寿命分析和完整性分析提供依据,考虑管柱自重及内、外压沿深度的线性变化,用有限元软件分析振动采气管柱的应力强度。将采气管柱看作是内空的细长杆,用有限元法对管柱进行离散化处理,再用拉格朗日方程得到采气管柱动力学微分方程。采用二维轴对称模型进行建模,采用4节点平面单元Plane42进行分析。分析结果表明,采用ANSYS中轴对称单元Plane42建立采气管柱有限元模型,进行振动采气管柱的应力强度分析是一种有效的方法;井口管柱应力最大,是应力危险点;振动载荷作用下,管柱内壁所受应力大于外壁所受应力。     

应力指数法和疲劳强度减弱系数法在疲劳容器设计中的应用

应力指数法和疲劳强度减弱系数法是进行疲劳容器设计的重要方法。文章就如何利用这两种方法对疲劳容器进行疲劳分析作了论述,并给出了实例。     

套管膨胀后的抗挤强度计算

对膨胀套管膨胀后抗挤强度下降的原因进行了分析,考虑材料的包辛格效应及大的环向残余应力水平对套管抗挤强度的影响,对API屈服强度套管挤毁公式进行了修订,给出了膨胀后套管抗挤强度的计算方法,并对相关参数取值方法进行了讨论,以实测数据对理论计算结果进行了验证,证明修订后的公式具有高的计算精度。     

封面

在高强管线钢的工程应用过程中,较高的焊接残余应力会导致焊缝产生应力腐蚀和疲劳裂纹以至失效。简要介绍了高强度管线钢的焊接方法,对比了传统电弧焊与先进焊接方法的工艺特点,以及不同焊接方法的残余应力分布,概述了通过无损检测手段进行残余应力分析的相关研究结果,并通过数值模拟进行了焊接残余应力的对比和分析。指出,通过不同的数值模型及有限元分析等手段,可快速获得不同焊接方法的接头残余应力分布,以便于对焊接工艺进行调整。     

热交换器管程进出口室盖板应力分析及强度校核

利用ANSYS有限元分析软件分析了某特殊型号热交换器的管程进出口室盖板在温度载荷和压力载荷同时作用下结构的温度分布及应力分布。按照ASME规范进行了强度校核,为管程进出口室盖板强度设计和安全评估提供了可靠依据。     

不压井装置承载结构应力分析及强度评价

承载结构是不压井装置的关键部件之一,也是保证不压井装置能够正常工作的必要条件。根据承载结构的结构形式和承载特点建立了力学模型,对承载结构进行应力分析,并引入JB4732—1995标准中的应力分类方法,对承载结构进行强度评价,为复杂结构的强度评定提供参考。     

轴式吊耳强度计算及壳体局部应力校核方法

采用起重机抬吊法吊装大型立式设备,轴式吊耳的最危险受力状态发生在立式设备起吊至直立状态但尚未就位时,笔者就这种工况下轴式吊耳的载荷、壳体受力状态进行分析,提出了对轴式吊耳进行强度计算及吊耳处壳体局部应力校核的计算方法。